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Lmwca'mwcqergosfera, in un mwcgbuco nero rotante, è una regione avente la forma di un mwcwellissoide per bassi regimi di rotazione, il cui confine vicino ai poli, tende a combaciare con l'mwdaorizzonte degli eventi, ma in prossimità dell'equatore se ne distacca. Con l’aumentare del mwdqmomento angolare del buco nero, la forma dell’ergosfera tende a diventare sempre più simile a una ciambella senza buco, cioè a un disco il cui centro si assottiglia al punto di toccare l’orizzonte degli eventi sottostante.

• Etimologia

• Formulazione

• Descrizione

• Il processo Penrose

• Note

• Voci correlate

• Collegamenti esterni

Il termine ergosfera deriva dal mweqgreco ἓργον (ergon) che significa "lavoro", per indicare la sfera entro la quale può essere compiuto un mweglavoro in grado di aumentare l'energia di una particella che vi entra.

La terminologia fu introdotta da mwfaRemo Ruffini e mwfqJohn Archibald Wheeler.cite-ref-1[1] Un esempio per capirlo meglio è di immaginare di distendere un telo(Ergosfera), il telo verrà deformato come un buco nero fa con l’ergosfera e mettere sopra una palla pesante che ruota su se stessa(buco nero) e tutto quello che viene messo sopra al telo verrà trascinato verso la palla.

L'ergosfera rappresenta anche il "limite statico", in quanto le particelle che vi entrano vengono obbligatoriamente trascinate nel senso di rotazione del buco nero, ovvero vengono a possedere un mwhamomento angolare dello stesso segno di mwhq J {\displaystyle J} .

Questo trascinamento conferisce un momento cinetico e un'energia meccanica alla particella a spese dell'energia del buco nero. Tale effetto è noto come mwhwprocesso Penrose.

L'ergosfera può essere descritta in mwiqcoordinate polari dall'equazione:

mwja r = r S 2 [ 1 + 1 − − ( J c G M 2 cos ⁡ ⁡ θ θ ) 2 ] {\displaystyle r={\frac {r_{\mathrm {S} }}{2}}\left[1+{\sqrt {1-\left({\frac {Jc}{GM^{2}}}\cos \theta \right)^{2}}}\right]}

dove mwjg θ θ {\displaystyle \theta } è l'angolo rispetto all'asse di rotazione dell'mwjwellissoide il cui asse minore è mwka r h {\displaystyle r_{h}} mentre l'asse maggiore è dato da mwkq r s t a t = r S h {\displaystyle r_{\mathrm {stat} }=r_{\mathrm {Sh} }} .

È prevista dal modello matematico originario di mwlaKarl Schwarzschild. Poiché un mwlqbuco nero rotante, se dotato anche di carica, è dotato di un mwlgcampo magnetico spaventosamente elevato, la mwlwdinamo generante tale campo magnetico deve possedere una qualche fonte d'energia atta ad alimentarla. Inoltre, la materia che formerebbe la singolarità ipercompressa centrale (un mwmaplasma di quark e gluoni) si troverebbe a possedere temperature estremamente elevate, vicine al limite superiore raggiungibile nella scala del caldo mwmq 10 32 {\displaystyle 10^{32}} K, oltre il quale la materia si convertirebbe automaticamente in mwmgfotoni.

Tutto ciò sta a testimoniare che un buco nero spende energia per mantenere la temperatura elevata nella singolarità ed il campo magnetico dell'ergosfera e dell'mwnaorizzonte degli eventi. La caratteristica fondamentale di questo spazio è quella di imporre un moto perpetuo a tutto quanto vi cada all'interno.

Nessuna particella, una volta dentro, può rimanere ferma, a riposo, ma deve necessariamente partecipare alla rotazione del buco nero: nell'ergosfera si forma, infatti, il mwngdisco di accrescimento, ovvero la materia che il buco nero parassita da un'eventuale stella - compagna. Tale materia viene a ruotare sempre più vertiginosamente attorno al buco nero in un moto a spirale che termina con il suo inghiottimento da parte del buco nero medesimo. Durante queste fasi, l'accelerazione della materia a velocità relativistiche farebbe emettere agli atomi coinvolti nel processo di cannibalizzazione mwoaraggi X e mwoqraggi γ particolarmente intensi (come nei mwogquasar).

L'accelerazione imposta ed impartita alle particelle catturate è prossima a quella della luce. Ciò significa che la materia ha ancora la possibilità di sfuggire all'attrazione gravitazionale del buco nero, in quanto esso possiede una forza gravitazionale in grado di sopravvanzare la velocità della luce soltanto entro l'orizzonte degli eventi.

La materia catturata ed intrappolata nell'ergosfera, però, non può rimanere ferma ad una certa distanza. In questa particolare regione dello mwpqspazio-tempo, l'energia può anche assumere un valore negativo: una particella o un corpo che riuscisse ad abbandonare l'ergosfera sarebbe dotata, al momento di uscire, di un'energia superiore a quella posseduta al momento della sua cattura. Questo surplus energetico verrebbe ottenuto a spese della singolarità centrale generante il buco nero, che diminuirebbe di massa e di energia (sia termica, che gravitazionale).

All'interno dell'ergosfera tutto viene trascinato dalla rotazione del Buco Nero con un moto uniformemente accelerato, ma poiché l'ergosfera si trova al di fuori dell'orizzonte degli eventi, è ancora possibile per una particella uscire da questa regione (più difficilmente riesce ad uscirne un corpo dotato di massa consistente). Questo sta ad indicare che è fisicamente possibile, seppur poco probabile, che un corpo materiale esca dall'ergosfera con una energia superiore a quella che aveva all'ingresso (assorbendo energia, ovvero ottenendo lavoro a spese della singolarità): è quindi teoricamente possibile estrarre energia da un buco nero rotante a scapito della sua rotazione.

Questo processo è stato ipotizzato dal matematico mwqwRoger Penrose nel 1969 ed è noto come mwraprocesso Penrose.cite-ref-2[2] La quantità teorica massima di energia estraibile da un buco nero è il 29% dell'energia totale del buco nero. L'estrazione di energia porta a una riduzione dello spin del buco nero e, se il processo continua, può portare anche alla dissoluzione dell'ergosfera.

Questo processo è una possibile spiegazione per la sorgente di energia di fenomeni altamente energetici come i mwsggamma ray burst. I calcoli al computer mostrano che il processo Penrose è in grado di produrre le particelle altamente energetiche che si osservano nelle emissioni di mwswquasar e altri mwtanuclei galattici attivi.

cite-note-11. ↑ Ruffini R. e J. A. Wheeler, mwuwRelativistic cosmology and space platforms, Proceedings of the Conference on Space Physics, European Space Research Organisation, Paris, France, pp. 45-174.

cite-note-22. ↑ mwvwmwwamwwqEnergetics of the Kerr-Newman Black Hole by the Penrose Process (mwwgmwwwPDF), su mwxaias.ac.in.

• mwyaBuco nero

• mwygKarl Schwarzschild

• mwzaTeoria della relatività

• mwzgBuco nero di Kerr-Newman

• mwaaBuco nero di Schwarzschild

• mwbaConcetto di Ergosfera, su geocities.com. URL consultato il 19 gennaio 2006 (archiviato dall'url originale l'8 settembre 2008).

• mwbgProprietà dell'ergosfera, su torinoscienza.it (archiviato dall'url originale il 21 febbraio 2005).